TWI673252B - 波長轉換構件及使用其之發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種具有陶瓷層作為反射層且發光強度優異之波長轉換構件及使用其之發光裝置。
本發明之波長轉換構件10之特徵在於具備：氣孔率為20體積%以上之第1多孔質陶瓷層1、及形成於第1多孔質陶瓷層1之主面1a之螢光體層2。

Description

波長轉換構件及使用其之發光裝置
本發明係關於一種作為投影機用螢光輪等較佳之波長轉換構件及使用其之發光裝置。
近年來，為了使投影機小型化，提出有使用LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等光源與螢光體之發光裝置。例如提出有利用螢光體層對光源之光進行波長轉換，使所獲得之螢光藉由與波長轉換構件相鄰設置之反射層而反射至光源之入射側並提取至外部之所謂的反射型之螢光輪(例如參照專利文獻1)。反射型之螢光輪具有向外部之螢光提取效率較高而容易使投影機高亮度化之優點。
於專利文獻1中揭示有金、銀、銅、鋁等之金屬層作為反射層。金屬層由於熱導率亦較高，故而可將螢光體層所產生之熱高效率地釋放至外部，因此具有可有效地抑制螢光體之溫度淬滅(因螢光體之溫度上升而導致發光強度降低之現象)之優點。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2015-1709號公報
金屬層由於熱膨脹係數相對較大，故而自光源照射光之情形時或者停止光照射之情形時之膨脹及收縮之比率較大。因此，有因與螢 光體層之熱膨脹係數差而導致螢光體層產生龜裂或剝離之虞。因此，考慮使用熱膨脹係數相對較小且熱導率相對較高之陶瓷層作為反射層，但陶瓷層存在反射率較差而無法獲得充分之發光強度之問題。
鑒於以上，本發明之技術課題在於提供一種具有陶瓷層作為反射層且發光強度優異之波長轉換構件及使用其之發光裝置。
本發明之波長轉換構件之特徵在於具備氣孔率為20體積%以上之第1多孔質陶瓷層、及形成於第1多孔質陶瓷層之主面之螢光體層。
於本發明之波長轉換構件中，第1多孔質陶瓷層發揮作為反射層之功能。具體而言，藉由將激發光照射至螢光體層之主面(與第1多孔質陶瓷層側為相反側之主面)而產生之螢光於第1多孔質陶瓷層反射，並自螢光體層之與激發光入射面相同之主面照射至外部。此處，第1多孔質陶瓷層具有20體積%以上之氣孔率，藉此表現出較高之光反射率。具體而言，於存在於第1多孔質陶瓷層之內部之氣孔與陶瓷之界面，因兩者之折射率差而使光容易被反射。於本發明中，第1多孔質陶瓷層中之氣孔之比率較大，為20體積%以上，有助於光反射之上述界面大量存在，故而作為第1多孔質陶瓷層整體而光反射率增大。結果，可使螢光體層所產生之螢光於第1多孔質陶瓷層高效率地反射，從而可提高波長轉換構件之發光強度。又，螢光體層所產生之熱係通過第1多孔質陶瓷層而散熱。
於本發明之波長轉換構件中，較佳為螢光體層熔接於第1多孔質陶瓷層或經由無機接合層接合於第1多孔質陶瓷層。
根據上述構成，可不使用耐熱性較低之樹脂接著劑等，便將螢光體層與第1多孔質陶瓷層接合，故而可獲得耐熱性優異之波長轉換構件。具體而言，樹脂接著劑會因激發光之照射熱而劣化並黑化，故而發光強度容易隨時間經過而降低，但根據上述構成，不易產生此種 問題。又，樹脂接著劑由於導熱性較低，故而於利用樹脂接著劑將螢光體層與第1多孔質陶瓷層接著之情形時，螢光體層所產生之熱不易散熱至第1多孔質陶瓷層側。另一方面，若螢光體層熔接於第1多孔質陶瓷層或經由無機接合層接合於第1多孔質陶瓷層，則螢光體層所產生之熱容易高效率地散熱至第1多孔質陶瓷層側。
於本發明之波長轉換構件中，較佳為第1多孔質陶瓷層包含選自氧化鋁、氧化鎂及氧化鋯中之至少1種。
於本發明之波長轉換構件中，較佳為於第1多孔質陶瓷層之與形成有螢光體層之主面為相反側之主面形成有散熱層。
螢光體層所產生之熱傳遞至第1多孔質陶瓷層，但由於第1多孔質陶瓷層存在大量氣孔，故而存在導熱性不充分之情形。於此種情形時，若採用上述構成，則於螢光體層產生且傳導至第1陶瓷層之熱容易通過散熱層釋放至外部。因此，可進一步抑制螢光體層中之發熱。
於本發明之波長轉換構件中，較佳為散熱層為氣孔率未達20體積%之緻密質陶瓷層。
緻密質陶瓷層由於具有隔熱性之氣孔之比率較低，為未達20體積%，故而相對導熱性優異。又，由於可使未於第1多孔質陶瓷層反射而透過之光於緻密質陶瓷層反射，故而作為波長轉換構件整體可提高光反射率。
於本發明之波長轉換構件中，較佳為緻密質陶瓷層包含選自氧化鋁、氧化鎂及氧化鋯中之至少1種。
於本發明之波長轉換構件中，較佳為於散熱層之與形成有第1多孔質陶瓷層之主面為相反側之主面，形成有氣孔率20體積%以上之第2多孔質陶瓷層。
如下所述，第1多孔質陶瓷層例如係藉由成為原料之坯片之煅燒而製作。此處，由於坯片容易因煅燒而收縮，故而存在包含第1多孔 質陶瓷層及散熱層之積層體產生翹曲之情形。尤其於各層之厚度較小之情形時，容易產生翹曲。因此，藉由於散熱層之與形成有第1多孔質陶瓷層之主面為相反側之主面形成氣孔率20體積%以上之第2多孔質陶瓷層，可取得散熱層與第1陶瓷層之間所產生之應力和散熱層與第2陶瓷層之間所產生之應力之平衡，從而不易產生煅燒時之翹曲。
於本發明之波長轉換構件中，較佳為第1多孔質陶瓷層與第2多孔質陶瓷層之氣孔率、厚度及/或材質相同。若如此，則可有效地抑制本發明之波長轉換構件之製造時之坯片之煅燒步驟中的翹曲之問題。
於本發明之波長轉換構件中，較佳為第1多孔質陶瓷層及/或第2多孔質陶瓷層含有易燒結性陶瓷粉末。若如此，則可提高第1多孔質陶瓷層及/或第2多孔質陶瓷層之抗彎強度，結果，亦可提高波長轉換構件整體之抗彎強度。
於本發明之波長轉換構件中，較佳為第1多孔質陶瓷層及/或第2多孔質陶瓷層中之易燒結性陶瓷粉末之含量以體積%計為0.1~50%。
於本發明之波長轉換構件中，較佳為螢光體層係螢光體分散於無機黏合劑中而成。若如此，則螢光體層之耐熱性容易提高，從而不易產生因激發光照射所導致之螢光體層之破損等不良情況。
本發明之波長轉換構件可為輪形狀。於此情形時，本發明之波長轉換構件作為投影機光源之構成構件而較佳。
本發明之發光裝置之特徵在於具備上述波長轉換構件、及對波長轉換構件中之螢光體層照射激發光之光源。
本發明之發光裝置可用作投影機光源。
根據本發明，可提供一種具有陶瓷層作為反射層且發光強度優異之波長轉換構件及使用其之發光裝置。
1‧‧‧第1多孔質陶瓷層
1a‧‧‧主面
1b‧‧‧主面
1'‧‧‧第2多孔質陶瓷層
2‧‧‧螢光體層
2a‧‧‧主面
3‧‧‧散熱層
3a‧‧‧主面
3b‧‧‧主面
10‧‧‧波長轉換構件
20‧‧‧波長轉換構件
30‧‧‧波長轉換構件
31‧‧‧散熱層片
32‧‧‧散熱層片
40‧‧‧波長轉換構件
50‧‧‧波長轉換構件
60‧‧‧波長轉換構件
70‧‧‧波長轉換構件
80‧‧‧波長轉換構件
90‧‧‧波長轉換構件
100‧‧‧波長轉換構件
B‧‧‧交界部
C‧‧‧缺口部
C'‧‧‧缺口部
H‧‧‧孔部
圖1(a)係表示本發明之第1實施形態之波長轉換構件的模式立體圖，(b)係表示(a)之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。
圖2係表示本發明之第2實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。
圖3係表示本發明之第3實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。
圖4係表示本發明之第4實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。
圖5係表示本發明之第5實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。
圖6係表示本發明之第6實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。
圖7係表示本發明之第7實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。
圖8(a)係本發明之第8實施形態之波長轉換構件之俯視圖，(b)係(a)之A-A'剖視圖。
圖9(a)係本發明之第9實施形態之波長轉換構件之俯視圖，(b)係(a)之A-A'剖視圖。
圖10(a)係本發明之第10實施形態之波長轉換構件之俯視圖，(b)係(a)之A-A'剖視圖，(c)係(a)中之散熱層之俯視圖。
圖11係表示於實施例中用以進行特性評價之波長轉換構件之樣本之模式俯視圖。
以下，使用圖式對本發明之波長轉換構件之實施形態進行說明。但，以下之實施形態僅為例示，且本發明並不受以下之實施形態 限定。又，於各圖式中，存在具有實質性相同之功能之構件以相同之符號參照之情形。
(1)第1實施形態之波長轉換構件
圖1之(a)係表示本發明之第1實施形態之波長轉換構件的模式立體圖，(b)係表示(a)之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。
波長轉換構件10具有具備環狀之第1多孔質陶瓷層1、及以外徑與第1多孔質陶瓷層1大致相同且成為同心之方式形成於第1多孔質陶瓷層1之主面之環狀之螢光體層2的輪形狀。具體而言，第1多孔質陶瓷層1具有主面1a與主面1b，於主面1a上形成有螢光體層2。激發光自螢光體層2之主面2a側入射，並經螢光體層2中所含之螢光體波長轉換而發出螢光。螢光於第1多孔質陶瓷層1反射，並自螢光體層2之主面2a照射至外部。此處，第1多孔質陶瓷層1較佳為熱導率高於螢光體層2，藉此，容易將螢光體層2所產生之熱高效率地釋放至外部。
第1多孔質陶瓷層1之氣孔率為20體積%以上，較佳為30體積%以上，尤佳為40體積%以上。第1多孔質陶瓷層1具有20體積%以上之氣孔率，藉此因已述之理由而表現出較高之光反射率。第1多孔質陶瓷層1之氣孔率之上限為80體積%以下，較佳為75體積%以下，尤佳為70體積%以下。若第1多孔質陶瓷層1之氣孔率過高，則機械強度降低或者熱導率降低而不易將螢光體層2所產生之熱釋放至外部。
第1多孔質陶瓷層1可列舉包含氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈮、氧化鋅、氧化矽、氧化釔、氮化鋁、氮化硼、氮化矽、碳化矽等者。其等可單獨使用，亦可將2種以上複合使用。其中，氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯由於熱導率較高且廉價，故而較佳。尤佳為氧化鋁。構成第1多孔質陶瓷層1之材料較佳為熱導率高於螢光體層2。
第1多孔質陶瓷層1較佳為含有易燒結性陶瓷粉末。若如此，則可提高第1多孔質陶瓷層之抗彎強度，結果，亦可提高波長轉換構件 整體之抗彎強度。
易燒結性陶瓷粉末為低溫燒結性之陶瓷粉末。易燒結性陶瓷粉末係藉由提高純度或減小粒徑而降低燒結溫度。具體而言，易燒結性陶瓷粉末即便於例如1100~1550℃、進而1200~1400℃之相對低溫下進行煅燒，亦可燒結。
易燒結性陶瓷粉末之平均粒徑(D50)較佳為0.01~10μm，尤佳為0.05~5μm，尤佳為0.08~1μm。藉由將平均粒徑設為上述範圍，可於相對低溫下將易燒結性陶瓷粉末進行燒結。
易燒結性陶瓷粉末之純度為99%以上，較佳為99.9%以上，尤佳為99.99%以上。藉由將易燒結性陶瓷粉末之純度設為上述範圍，可於相對低溫下將易燒結性陶瓷粉末進行燒結。
作為易燒結性陶瓷粉末，可列舉易燒結性氧化鋁粉末、易燒結性氧化鋯粉末等。其中，易燒結性氧化鋁粉末由於低溫燒結性優異，故而較佳。作為易燒結性氧化鋁粉末，例如可使用昭和電工公司製造之AL-160SG系列或大明化學工業股份有限公司製造之Taimicron TM-D系列等。
第1多孔質陶瓷層中之易燒結性陶瓷粉末之含量以體積%計為0.1~50%，較佳為1~40%，尤佳為5~30%。若易燒結性陶瓷粉末之含量過少，則難以獲得上述效果。另一方面，若易燒結性陶瓷粉末之含量過多，則氣孔率降低而光反射率容易降低。
第1多孔質陶瓷層1之厚度為0.05~2mm，較佳為0.1~1.5mm，尤佳為0.2~1mm。若第1多孔質陶瓷層1之厚度過小，則機械強度降低而於使用時容易破損。又，難以獲得充分之光反射率。另一方面，若第1多孔質陶瓷層1之厚度過大，則存在波長轉換構件10、進而使用其之發光裝置之質量增大之傾向。又，於將輪狀之波長轉換構件10使用於投影機用光源之情形時，有對使波長轉換構件10旋轉之馬達之負 載增大或者因旋轉而導致之振動增大從而導致破損之虞。
作為螢光體層2，例如可列舉螢光體分散於無機黏合劑中而成者。作為無機黏合劑，可列舉玻璃等。又，亦容易使其與第1多孔質陶瓷層1之熱膨脹係數匹配，即便於因激發光照射而變成高溫之情形時，亦不易產生因熱膨脹係數差而導致之破損。
作為用作無機黏合劑之玻璃，可使用硼矽酸鹽系玻璃、磷酸鹽系玻璃等。玻璃之軟化點較佳為250~1000℃，尤佳為300~850℃。若玻璃之軟化點過低，則螢光體層2之機械強度降低或容易因激發光之照射而融解。另一方面，若玻璃之軟化點過高，則於製造時之煅燒步驟中螢光體劣化而螢光體層2之發光強度容易降低。
螢光體只要為藉由激發光之入射而使螢光出射者，則並無特別限定。作為螢光體之具體例，例如可列舉選自氧化物螢光體、氮化物螢光體、氮氧化物螢光體、氯化物螢光體、氧氯化物螢光體、硫化物螢光體、氧硫化物螢光體、鹵化物螢光體、硫屬元素化物螢光體、鋁酸鹽螢光體、鹵磷酸鹽化物螢光體、石榴石系化合物螢光體中之1種以上等。於使用藍色光作為激發光之情形時，例如只要將使綠色光、黃色光或紅色光作為螢光出射之螢光體混合後使用即可。
螢光體之平均粒徑(D50)較佳為1~50μm，尤佳為5~25μm。若螢光體之平均粒徑過小，則發光強度容易降低。另一方面，若螢光體之平均粒徑過大，則有發光色變得不均勻之傾向。
螢光體層2中之螢光體之含量為5~80體積%，較佳為10~75體積%，尤佳為20~70體積%。若螢光體之含量過少，則有發光強度變得不充分之傾向。另一方面，若螢光體之含量過多，則有螢光體層2之機械強度變得不充分之傾向。
螢光體層2之厚度以於如激發光確實地被螢光體吸收之厚度之範圍內較薄者為佳。原因在於若螢光體層2過厚，則存在螢光體層2中之 光之散射或吸收變得過大而螢光之出射效率降低之情形。具體而言，螢光體層2之厚度為1mm以下，較佳為0.5mm以下，尤佳為0.3mm以下。螢光體層2之厚度之下限值通常為0.03mm左右。
螢光體層2較佳為熔接於第1多孔質陶瓷層1或經由無機接合層接合於第1多孔質陶瓷層1。若如此，則可提高波長轉換構件10之耐熱性。又，可使螢光體層2所產生之熱高效率地散熱至第1多孔質陶瓷層1側。
作為將螢光體層2熔接於第1多孔質陶瓷層1之方法，例如可列舉將螢光體層2積層於第1多孔質陶瓷層1之主面1a上後加熱壓接並進行煅燒之方法。例如於為螢光體分散於玻璃基質中而成之螢光體層2之情形時，第1多孔質陶瓷層1與螢光體層2中之玻璃基質熔接。
作為利用無機接合層將螢光體層2接合於第1多孔質陶瓷層1之方法，可列舉將利用溶膠凝膠法而得之透明無機材料塗佈於多孔質陶瓷層1之主面1a上，於其上積層螢光體層2並進行加熱之方法。作為利用溶膠凝膠法而得之透明無機材料，可列舉聚矽氮烷等。聚矽氮烷與空氣中之水分反應而產生氨並進行縮合，藉此形成SiO2之覆膜。如此，作為透明無機材料，可使用於相對低溫(室溫~200℃)下形成無機質之玻璃膜之接合劑。此外，亦可使用包含醇可溶型有機矽化合物或其他金屬化合物(有機或無機)且於觸媒之存在下以相對低溫形成與玻璃相同之SiO2網狀結構之接合劑。於該接合劑使用金屬烷氧化物作為有機金屬化合物、使用醇作為觸媒之情形時，促進水解及脫水反應，結果形成SiO2網狀結構。
波長轉換構件10能以如下方式製作。
利用刮刀法等將包含作為第1多孔質陶瓷層1之原料之陶瓷粉末、及黏合劑樹脂、溶劑、塑化劑等有機成分之漿料塗佈於聚對苯二甲酸乙二酯等樹脂膜上並進行加熱乾燥，藉此製作第1多孔質陶瓷層1 用坯片。此處，作為第1多孔質陶瓷層1之原料之陶瓷粉末之平均粒徑(D50)較佳為0.1~10μm。若陶瓷粉末之平均粒徑過小，則第1多孔質陶瓷層1之氣孔率容易降低。另一方面，若陶瓷粉末之平均粒徑過大，則燒結變得不充分而第1多孔質陶瓷層1之機械強度容易降低。繼而，於約1200~1500℃下對第1多孔質陶瓷層1用坯片進行煅燒。如此，獲得第1多孔質陶瓷層1。此處，若煅燒溫度過低，則有燒結變得不充分之傾向。另一方面，若煅燒溫度過高，則氣孔率容易降低。
又，利用刮刀法將包含成為螢光體層2之玻璃基質之玻璃粉末、螢光體、及黏合劑樹脂、溶劑、塑化劑等有機成分之漿料塗佈於聚對苯二甲酸乙二酯等樹脂膜上並進行加熱乾燥，藉此製作螢光體層2用坯片。
將所獲得之多孔質陶瓷層1與螢光體層2用坯片積層並進行煅燒，藉此獲得多孔質陶瓷層1與螢光體層2熔接接合而成之波長轉換構件10。此處，煅燒溫度較佳為螢光體層2中之玻璃粉末之軟化溫度±100℃之範圍內，尤佳為玻璃粉末之軟化點±50℃之範圍內。若煅燒溫度過低，則螢光體層2難以熔接於多孔質陶瓷層1。又，玻璃粉末之燒結變得不充分而螢光體層2之機械強度容易降低。另一方面，若煅燒溫度過高，則有螢光體劣化而發光強度降低之虞。
除上述方法以外，亦可藉由將螢光體層2用漿料塗佈於多孔質陶瓷層1之表面並進行煅燒而獲得多孔質陶瓷層1與螢光體層2熔接接合而成之波長轉換構件10。此處使用之螢光體層2用漿料可利用螢光體層2用坯片之製作所使用者。
或者亦可於分別對多孔質陶瓷層1用坯片與螢光體層2用坯片單獨進行煅燒而獲得多孔質陶瓷層1與螢光體層2後，使用無機接合劑將其等接合，藉此獲得多孔質陶瓷層1與螢光體層2利用無機接合層接合而成之波長轉換構件10。
再者，於上述各製造方法中，亦可於坯片或漿料之煅燒前進行用以去除有機物之脫脂步驟。又，於積層包含坯片之各層時，為了提高相互之密接性，亦可適當進行加熱壓接。
(2)第2實施形態之波長轉換構件
圖2係表示本發明之第2實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。於本實施形態之波長轉換構件20中，於多孔質陶瓷層1之與形成有螢光體層2之主面1a為相反側之主面1b上設置有散熱層3，此點與第1實施形態之波長轉換構件10不同。散熱層3係外徑與第1多孔質陶瓷層1大致相同且為同心之環狀。其他構成與第1實施形態之波長轉換構件10相同。藉由於多孔質陶瓷層1之主面1b上設置散熱層3，根據已述之理由，於螢光體層2產生且傳導至第1陶瓷層1之熱容易通過散熱層3釋放至外部。散熱層3之熱導率為5W/m‧K以上，較佳為10W/m‧K以上，尤佳為20W/m‧K以上。
作為散熱層3，例如可列舉緻密質陶瓷層。緻密質陶瓷層之氣孔率未達20體積%，較佳為15體積%以下，尤佳為10體積%以下。若緻密質陶瓷層之氣孔率過高，則熱導率降低而散熱性容易降低。另一方面，緻密質陶瓷層之氣孔率之下限並無特別限定，實際上為0.2體積%以上。
緻密質陶瓷層可列舉包含氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈮、氧化鋅、氧化釔、氮化鋁、氮化硼、碳化矽等者。其等可單獨使用，亦可將2種以上複合使用。其中，氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯由於熱導率較高且廉價，故而較佳。
作為散熱層3，除上述以外，亦可為藍寶石或包含鋁、銀、銅等金屬者。
散熱層3之厚度為0.2~2mm，較佳為0.3~1.5mm，尤佳為0.5~1mm。若散熱層3之厚度過小，則難以獲得充分之散熱效果。另一方 面，若散熱層3之厚度過大，則有波長轉換構件20、進而使用其之發光裝置之質量增大之傾向。又，於將輪狀之波長轉換構件20使用於投影機用光源之情形時，有對使波長轉換構件20旋轉之馬達之負載增大或者因旋轉而導致之振動增大從而導致破損之虞。
波長轉換構件20能以如下方式製作。
以與波長轉換構件10之方法同樣之方式製作第1多孔質陶瓷層1用坯片。
繼而，準備散熱層3。於使用緻密質陶瓷層作為散熱層3之情形時，以與波長轉換構件10中之多孔質陶瓷層1用坯片之製作方法同樣之方式獲得緻密質陶瓷層用坯片。於相對高溫下對緻密質陶瓷層用坯片進行燒結，藉此獲得氣孔率較低之緻密質陶瓷層。具體而言，較佳為以約1500℃以上、較佳為1600℃以上對緻密質陶瓷層用坯片進行煅燒。又，作為原料之陶瓷粉末之平均粒徑(D50)越小，則越容易降低緻密質陶瓷層之氣孔率。
繼而，將第1多孔質陶瓷層1用坯片與散熱層3積層並進行煅燒，藉此獲得第1多孔質陶瓷層1與散熱層3接合而成之積層體。
以與波長轉換構件10之方法同樣之方式將螢光體層2接合於所獲得之積層體中之第1多孔質陶瓷層1之主面1a上，藉此獲得波長轉換構件20。
再者，亦可先將螢光體層2接合於第1多孔質陶瓷層1後接合散熱層3。
(3)第3實施形態之波長轉換構件
圖3係表示本發明之第3實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。於本實施形態之波長轉換構件30中，於散熱層3之主面3a設置有與散熱層3為同心之環狀之孔部H且於孔部H內形成有多孔質陶瓷層1，此點與第2實施形態之波長轉換構件20不同。螢光體層2設 置於多孔質陶瓷層1之主面1a上。具體而言，螢光體層2係以覆蓋多孔質陶瓷層1之主面1a之方式形成，且螢光體層2之一部分形成於散熱層3之主面3a上。於本實施形態之波長轉換構件30中，由於螢光體層2之一部分形成於散熱層3上，故而容易將螢光體層2所產生之熱進一步釋放至外部。
波長轉換構件30能以如下方式製作。
首先，以與波長轉換構件10之方法同樣之方式準備散熱層3，並藉由切削等在散熱層3之主面3a形成孔部H。或者，於使用緻密質陶瓷層作為散熱層3之情形時，於以可獲得孔部H之方式適當積層之狀態下對緻密質陶瓷層用坯片進行煅燒，藉此獲得於主面3a形成有孔部H之散熱層3。
其次，對應於散熱層3中之孔部H之形狀將以與波長轉換構件10之方法同樣之方式獲得之第1多孔質陶瓷層1用坯片切斷並將其積層於孔部H內。此處，第1多孔質陶瓷層1用坯片之大小較佳為考慮煅燒時之收縮而適當調整(例如設定為較孔部H之大小大一圈等)。其後進行煅燒，藉此於散熱層3之孔部H之內部形成第1多孔質陶瓷層1。
進而，以與波長轉換構件10之方法同樣之方式將螢光體層2接合於第1多孔質陶瓷層1之主面1a上，藉此獲得波長轉換構件30。
(4)第4實施形態之波長轉換構件
圖4係表示本發明之第4實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。於本實施形態之波長轉換構件40中，螢光體層2形成於孔部H之內部，此點與第3實施形態之波長轉換構件30不同。具體而言，於形成於波長轉換構件40之主面3a之孔部H之內部依序形成有第1多孔質陶瓷層1及螢光體層2。
於本實施形態之波長轉換構件40中，由於螢光體層2之端部與散熱層3接觸，故而容易將螢光體層2所產生之熱進一步釋放至外部。
再者，波長轉換構件40可依據波長轉換構件30之製作方法製作。
(5)第5實施形態之波長轉換構件
圖5係表示本發明之第5實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。於本實施形態之波長轉換構件50中，於散熱層3之主面3a上形成有與散熱層3為同心之環狀之缺口部C，且於缺口部C內形成有多孔質陶瓷層1，此點與第3實施形態之波長轉換構件30不同。螢光體層2設置於多孔質陶瓷層1之主面1a上。具體而言，螢光體層2係以覆蓋多孔質陶瓷層1之主面1a之方式形成，且螢光體層2之一部分形成於散熱層3之主面3a上。與第3實施形態之波長轉換構件30同樣地，於本實施形態之波長轉換構件50中，由於螢光體層2之一部分形成於散熱層3上，故而容易將螢光體層2所產生之熱進一步釋放至外部。
再者，波長轉換構件50可依據波長轉換構件30之製作方法製作。
(6)第6實施形態之波長轉換構件
圖6係表示本發明之第6實施形態之波長轉換構件之側視剖面之一部分的圖。於本實施形態之波長轉換構件60中，螢光體層2形成於被設置在散熱層3之主面3a上之缺口部C之內部，此點與第5實施形態之波長轉換構件50不同。具體而言，於形成於波長轉換構件60之主面3a之缺口部C之內部依序形成有第1多孔質陶瓷層1及螢光體層2。
於本實施形態之波長轉換構件60中，由於螢光體層2之端部與散熱層3接觸，故而容易將螢光體層2所產生之熱進一步釋放至外部。
再者，波長轉換構件60可依據波長轉換構件30之製作方法製作。
(7)第7實施形態之波長轉換構件
圖7係表示本發明之第7實施形態之波長轉換構件之側視剖面之 一部分的圖。於本實施形態之波長轉換構件70中，於散熱層3之主面3b上設置有與第1多孔質陶瓷層1為大致相同形狀之第2多孔質陶瓷層1'。其他構成與第2實施形態之波長轉換構件20相同。
藉由於散熱層3之主面3b上設置第2多孔質陶瓷層1'，如上所述，於製造步驟中之坯片煅燒時波長轉換構件70不易產生翹曲。
關於第2多孔質陶瓷層1'之氣孔率及厚度之範圍、及材質之具體例，可選擇與第1多孔質陶瓷層1相同者。就有效地抑制製造時之煅燒步驟中之波長轉換構件70之翹曲之問題之觀點而言，較佳為第1多孔質陶瓷層1與第2多孔質陶瓷層1'之氣孔率、厚度及材質之至少1者相同，更佳為其等全部相同。
第2多孔質陶瓷層1'較佳為含有易燒結性陶瓷粉末。若如此，則可提高第2多孔質陶瓷層1'之抗彎強度，結果，亦可提高波長轉換構件整體之抗彎強度。再者，就有效地抑制製造時之煅燒步驟中之波長轉換構件70之翹曲之問題之觀點而言，第2多孔質陶瓷層1'中之易燒結性陶瓷粉末之含量較佳為與第1多孔質陶瓷層中之易燒結性陶瓷粉末之含量相同。
波長轉換構件70能以如下方式製作。
以與波長轉換構件10之方法同樣之方式獲得第1多孔質陶瓷層1用坯片及第2多孔質陶瓷層1'用坯片。又，以與波長轉換構件20之方法同樣之方式準備散熱層3。將第1多孔質陶瓷層1用坯片積層於散熱層3之主面3a，將第2多孔質陶瓷層1'用坯片積層於主面3b並進行煅燒，藉此獲得第1多孔質陶瓷層1及第2多孔質陶瓷層1'分別接合於散熱層3之各主面而成之積層體。
繼而，以與波長轉換構件10之方法同樣之方式將螢光體層2接合於所獲得之積層體中之第1多孔質陶瓷層1之主面1a上，藉此獲得波長轉換構件70。
(8)第8實施形態之波長轉換構件
圖8(a)係本發明之第8實施形態之波長轉換構件80之俯視圖，(b)係(a)之A-A'剖視圖。於本實施形態之波長轉換構件80中，於形成有螢光體層2之區域之一部分設置有缺口部C，此點與波長轉換構件70不同。各層之構成與波長轉換構件70相同。於缺口部C，未形成螢光體層2、第1多孔質陶瓷層1、第2多孔質陶瓷層1'及散熱層3之任一者而成為輪外周之一部分完全缺損之形態，從而可使激發光透過。因此，藉由使用波長轉換構件80，可獲得能夠將利用螢光體層2使激發光波長轉換後提取螢光之情形與直接提取激發光之情形之兩者適當區分使用之發光裝置。
(9)第9實施形態之波長轉換構件
圖9(a)係本發明之第9實施形態之波長轉換構件90之俯視圖，(b)係(a)之A-A'剖視圖。於波長轉換構件90中，於形成有螢光體層2之區域之一部分設置有缺口部C。於缺口部C，並未形成螢光體層2、第1多孔質陶瓷層1及第2多孔質陶瓷層1'，而成為散熱層3之主面3a及3b露出之狀態，此點與波長轉換構件80不同。此處，藉由利用藍寶石等可使激發光透過之材料構成散熱層3，與波長轉換構件80同樣地，可於缺口部C使激發光透過。再者，於波長轉換構件90中，由於在缺口部C形成有散熱層3，故而與波長轉換構件80相比，構件整體之質量平衡優異。因此，可抑制使波長轉換構件90高速旋轉之情形時之振動或風之噪音之產生。進而，由於散熱層3之主面3a及3b之一部分露出，故而容易使螢光體層2所產生之熱散熱至外部。
(10)第10實施形態之波長轉換構件
圖10(a)係本發明之第10實施形態之波長轉換構件100之俯視圖，(b)係(a)之A-A'剖視圖，(c)係散熱層3之俯視圖。於波長轉換構件100中，與波長轉換構件90同樣地，於形成有螢光體層2之區域之一部分 設置有缺口部C，且於缺口部C並未形成螢光體層2、第1多孔質陶瓷層1及第2多孔質陶瓷層1'，而成為散熱層3之主面3a、3b露出之狀態。
波長轉換構件100所使用之散熱層3係由散熱層片31、32構成。具體而言，散熱層片31具有缺口部C'，具有與缺口部C'對應之形狀之散熱層片32嵌入至缺口部C'。散熱層片31、32亦可於交界部B利用接著劑接合。
由於缺口部C'較缺口部C大一圈，故而散熱層3中之散熱層片31、32之交界部B成為被第1多孔質陶瓷層1及第2多孔質陶瓷層1'覆蓋，並且於缺口部C僅散熱層片32露出之狀態。又，散熱層片31、32係藉由於交界部B由第1多孔質陶瓷層1及第2多孔質陶瓷層1'夾持而固定。
此處，藉由利用藍寶石等可使激發光透過之材料構成散熱層片32，與波長轉換構件90同樣地，可於缺口部C使激發光透過。又，於波長轉換構件100中，亦由於在缺口部C形成有散熱層3，故而可抑制使波長轉換構件100高速旋轉之情形時之振動或風之噪音之產生。
於波長轉換構件100中，利用可使激發光透過之材料僅構成散熱層3中之一部分、即散熱層片32即可，關於剩下之散熱層片31，對激發光之透過特性任意。例如，於使用藍寶石作為散熱層片32之情形時，作為散熱層片31，較佳為使用熱膨脹係數近似於藍寶石之氧化鋁。若如此，則可抑制因散熱層片31、32之熱膨脹差而導致產生應力。又，藉由利用廉價之氧化鋁構成散熱層3之大部分，可實現構件之低成本化。
(發光裝置)
本發明之發光裝置係具備上述波長轉換構件(波長轉換構件10~70之任一者)及對波長轉換構件照射激發光之光源而成。作為光源， 可使用LED或LD(Laser Diode，雷射二極體)等。自光源照射之激發光於波長轉換構件中之螢光體層經波長轉換而發出螢光，該螢光於第1多孔質陶瓷層反射，並自與激發光照射側相同之側出射螢光。
[實施例]
以下，藉由實施例對本發明之波長轉換構件詳細地進行說明。但是，本發明不受以下實施例任何限定。
表1示出本發明之實施例及比較例。
(實施例1)
(多孔質陶瓷層用坯片之製作)
對Al2O3粉末(平均粒徑(D50)：1μm)適當添加作為結合劑之聚甲基丙烯酸丁酯、作為塑化劑之甲基乙基酮、作為溶劑之鄰苯二甲酸丁苄酯並進行24小時混練，藉此獲得漿料。使用刮刀法將所獲得之漿料塗佈於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜上並使其乾燥，藉此獲得多孔質陶瓷層用坯片(厚度0.32mm)。
再者，多孔質陶瓷層之抗彎強度係以如下方式測定。於大氣中、600℃下對多孔質陶瓷層用坯片進行8小時脫脂處理，進而於1400℃下進行5小時煅燒，藉此獲得多孔質陶瓷層。對於所獲得之多孔質陶瓷層，使用試驗機(島津製作所製造之AG-10kNIS)測定抗彎強度。
(螢光體層用坯片之製作)
以按莫耳%計成為SiO2：58%、Al2O3：6%、B2O3：17%、Li2O：8%、Na2O：8%、K2O：3%之玻璃組成之方式調製原料，並利用熔融急冷法獲得膜狀玻璃。使用球磨機將所獲得之膜狀玻璃粉碎，獲得平均粒徑(D50)為1μm之玻璃粉末。
將所獲得之玻璃粉末與YAG(Y3Al5O12)螢光體粉末(平均粒徑(D50)：15μm)以成為玻璃粉末30體積%、YAG(Y3Al5O12)螢光體粉末70體積%之方式進行調製，並使用振動混合機進行混合。向所獲得之混合粉末50g中適當添加結合劑、塑化劑、溶劑等並進行24小時混練，藉此獲得漿料。使用刮刀法將所獲得之漿料塗佈於PET膜上並使其乾燥，藉此獲得螢光體層用坯片(厚度0.12mm)。
(波長轉換構件之製作)
將多孔質陶瓷層用坯片與作為散熱層之緻密質陶瓷層(MARUWA股份有限公司製造之Al2O3片製品名HA-96-2；厚度0.8mm，熱導率23W/m‧K)重合，並使用熱壓接機於100℃下施加5分鐘10MPa之壓力而使兩者密接，然後於大氣中、600℃下進行8小時脫脂處理，進而於1400℃下進行5小時煅燒，藉此製作包含多孔質陶瓷層與緻密質陶瓷層之2層之陶瓷層積層體。
於陶瓷層積層體中，多孔質陶瓷層用與緻密質陶瓷層之氣孔率係藉由在將剖面之反射電子圖像進行二值化後算出氣孔部分之面積比率而求出。又，陶瓷層積層體之光反射率係使用島津製作所製造之UV-2500PC並根據波長400~800nm之各波長之反射光強度之平均值而求出。
繼而，藉由將螢光體層用坯片重合於陶瓷層積層體之多孔質陶瓷層上，並使用熱壓接機於100℃下施加5分鐘10MPa之壓力而使兩者密接，然後於大氣中、500℃下進行7小時脫脂處理，進而於700℃ 下進行1小時煅燒，藉此製作波長轉換構件。
(實施例2)
以與實施例1同樣之方式製作多孔質陶瓷層用坯片(厚度0.26mm)。將4層多孔質陶瓷層用坯片重疊並使用熱壓接機於100℃下施加5分鐘10MPa之壓力而使其等密接，然後於大氣中、600℃下進行8小時脫脂處理並於1400℃下進行5小時煅燒，藉此獲得多孔質陶瓷層。以與實施例1同樣之方式測定多孔質陶瓷層之光反射率。將結果示於表1。
藉由將多孔質陶瓷層與實施例1中所獲得之螢光體層用坯片重合，並使用熱壓接機於100℃下施加5分鐘10MPa之壓力而使其等密接，然後於大氣中、500℃下進行7小時脫脂處理，進而於700℃下進行1小時煅燒，藉此製作波長轉換構件。
(實施例3)
對Al2O3粉末(平均粒徑(D50)：1μm)90體積%與易燒結性氧化鋁粉末(大明化學工業股份有限公司製造之Taimicron TM-D)10體積%之混合粉末適當添加作為結合劑之聚甲基丙烯酸丁酯、作為塑化劑之甲基乙基酮、作為溶劑之鄰苯二甲酸丁苄酯並進行24小時混練，藉此獲得漿料。使用刮刀法將所獲得之漿料塗佈於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜上並使其乾燥，藉此獲得多孔質陶瓷層用坯片(厚度0.32mm)。
使用所獲得之多孔質陶瓷層用坯片，除此以外，利用與實施例1同樣之方法製作波長轉換構件。
(實施例4)
於製作多孔質陶瓷層用坯片時使用Al2O3粉末80體積%與易燒結性氧化鋁粉末20體積%之混合粉末，除此以外，以與實施例3同樣之方式製作波長轉換構件。
(比較例)
藉由使用熱壓接機於100℃下施加5分鐘10MPa之壓力而使實施例1中所獲得之螢光體層用坯片密接於緻密質陶瓷層(MARUWA股份有限公司製造之Al2O3片製品名HA-96-2；厚度0.635mm)，然後於大氣中、500℃下進行7小時脫脂處理，進而於700℃下進行1小時煅燒，藉此獲得波長轉換構件。再者，以與實施例1同樣之方式測定緻密質陶瓷層之光反射率。將結果示於表1。
(特性評價)
對於以上述方式製作之各波長轉換構件，以如下方式測定螢光峰值強度與螢光體層之表面溫度。將結果示於表1。再者，測定係使用圖11所示之尺寸者(各層之厚度如表1所示)。
自波長440nm之藍色雷射光源以輸出30W對以8000rpm旋轉之波長轉換構件之螢光體層表面照射雷射光。通過光纖並利用小型分光器(USB-4000 Ocean Optics公司製造)接收所獲得之螢光而獲得發光光譜。自發光光譜讀取螢光峰值強度。又，使用FLIR製造之Thermography i5測定螢光體層之表面溫度。
如根據表1明確，實施例1~4之波長轉換構件之螢光峰值強度為1251(a.u.)以上，相對於此，比較例之波長轉換構件之螢光峰值強度較差，為1098(a.u.)。再者，若對實施例1與實施例2進行比較，則可知於使用多孔質陶瓷層與緻密質陶瓷層之積層體作為光反射層之情形時，光反射率提高。又，認為於將緻密質陶瓷層積層於多孔質陶瓷層之情形時，螢光體層之溫度亦降低，藉此減輕螢光體之溫度淬滅。根據該等2個因素，探討出實施例1之波長轉換構件與實施例2之波長轉換構件相比，螢光峰值強度增高。進而，若對實施例1、3、4進行比較，則可知藉由使多孔質陶瓷層含有易燒結性氧化鋁，抗彎強度提高。

Claims (14)

  1. 一種波長轉換構件，其特徵在於具備：氣孔率為20體積%以上、且具有相對之主面1a及主面1b之第1多孔質陶瓷層，及形成於第1多孔質陶瓷層之主面1a上、且具有相對之主面2a及主面2b之螢光體層；螢光體層係以螢光體層之主面2b位於第1多孔質陶瓷層之主面1a上的方式配置；激發光自螢光體層之主面2a側入射，經螢光體層轉換波長而發出螢光，螢光係於第1多孔質陶瓷層反射，自螢光體層之主面2a向外部照射。
  2. 如請求項1之波長轉換構件，其中螢光體層熔接於第1多孔質陶瓷層或經由無機接合層接合於第1多孔質陶瓷層。
  3. 如請求項1或2之波長轉換構件，其中第1多孔質陶瓷層包含選自氧化鋁、氧化鎂及氧化鋯中之至少1種。
  4. 如請求項1或2之波長轉換構件，其中於第1多孔質陶瓷層之與形成有螢光體層之主面為相反側之主面形成有散熱層。
  5. 如請求項1或2之波長轉換構件，其中散熱層為氣孔率未達20體積%之緻密質陶瓷層。
  6. 如請求項5之波長轉換構件，其中緻密質陶瓷層包含選自氧化鋁、氧化鎂及氧化鋯中之至少1種。
  7. 如請求項4之波長轉換構件，其中於散熱層之與形成有第1多孔質陶瓷層之主面為相反側之主面，形成有氣孔率20體積%以上之第2多孔質陶瓷層。
  8. 如請求項7之波長轉換構件，其中第1多孔質陶瓷層與第2多孔質陶瓷層之氣孔率、厚度及/或材質相同。
  9. 如請求項1或2之波長轉換構件，其中第1多孔質陶瓷層及/或第2多孔質陶瓷層含有易燒結性陶瓷粉末。
  10. 如請求項9之波長轉換構件，其中第1多孔質陶瓷層及/或第2多孔質陶瓷層中之易燒結性陶瓷粉末之含量以體積%計為0.1~50%。
  11. 如請求項1或2之波長轉換構件，其中螢光體層係螢光體分散於無機黏合劑中而成。
  12. 如請求項1或2之波長轉換構件，其為輪形狀。
  13. 一種發光裝置，其特徵在於具備如請求項1至12中任一項之波長轉換構件、及對波長轉換構件中之螢光體層照射激發光之光源。
  14. 如請求項13之發光裝置，其被用作投影機光源。
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